المبحث الثاني

أنظمة الاستشعار المحمولة جواً وفضائياً

الاستشعار عن بعد، بأسلوب التصوير من ارتفاعات عالية بواسطة أجهزة محمولة جواً، ليس علماً حديثاً، بل يرجع تاريخه إلى عام 1783م، حيث قام الفرنسيان "أرلاند" Arland و"روسير" Roseer برحلة استغرقت نصف ساعة بالبالون الخاص بهما حول باريس.

وقد تنبأ عدد غير قليل من العلماء بأهمية هذا الإنجاز، ليس لغزو الفضاء فقط، بل لما سيتبعه من أحداث ستزود البشرية بأداة لدراسة أشكال سطح الأرض، واحتمالات الملاحظات الجوية. وقد ارتبط ذلك بالتطور التكنولوجي في تسجيل البيانات ونظم معالجتها، ووسائل النقل الجوي.

وقد بدأت التطبيقات في أول الأمر بصورة محدودة، بالملاحظة البصرية فقط، وأصبحت المنصات الجوية ذات أهمية كبيرة، حينما اكتشفت معالجات الصور الضوئية، على أساس وجود مركبات كيميائية معينة ذات حساسية للضوء.

أولاً: أهمية الصور الجوية

اختراع الكاميرات جعل من الممكن الحصول على صور ضوئية عن الأرض. وقد تمكن مصور فرنسي، مع أحد أصحاب البالونات، في عام 1858م، من التقاط أول صورة جوية ناجحة. وأول صورة جوية التقطت في الولايات المتحدة كانت لمدينة بوسطن عام 1865م، وأول صورة جوية التقطت في روسيا كانت عام 1886م، من بالون لمدينتي "كرونستاند" Kronstand   وبيترسبورج Petsberg.

واستخدمت الطائرات الورقية للحصول على صور جوية، وأول من قام بذلك كان فرنسي الجنسية أيضاً، وذلك في سنة 1858م، وفي إنجلترا التقطت أول صورة جوية في سنة 1882م باستخدام الطائرات الورقية.

وارتفعت الفوائد الهائلة للتصوير الجوي، وخاصة في الأغراض العسكرية، خلال الحرب العالمية الثانية، فاستخدمته قوات المحور على نطاق واسع في غزو فرنسا، وكان للدراسات الناجحة التي أجرتها هذه القوات، مستخدمة الاستكشاف الجوي، أثرها البالغ في إعداد خطة ضرب مطارات الحلفاء في الجبهة الغربية ونجاحها. وعلى الرغم من تفوق الألمان، في بداية الحرب العالمية الثانية، في فن الاستكشاف الجوي، إلا أن بعض دول الحلفاء، وخاصة الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وروسيا، وبعد إدراكهم لأهمية هذا السلاح الفعال، أجروا دراسات مكثفة لبناء أجهزتهم الخاصة بالاستكشاف والاستشعار، وكان لهذا التقدم بعد ذلك دور مهم أثناء حصار ليننجراد، وفي معارك الباسيفيك.

وبدأ استخدام التصوير الجوي في علم التصوير الجيولوجي Photogeology، (اُنظر صورة جوية بواسطة الرادار)، وخاصة في الأقاليم الجافة، وذلك كما حدث في شمال أفريقيا ودول الخليج العربي، حيث تسمح الظروف المناخية، وندرة الغطاء النباتي، بسهولة استخدام التصوير الجوي، في الكشف عن البيئة الخاصة بهذه المناطق بالتفصيل، حتى مقياس رسم 1: 50000، أما في الولايات المتحدة، فكان معظم التصوير الجوي يستخدم مقياس رسم 1: 20000.

ثانياً: استخدام الطائرات في أغراض الاستشعار عن بعد

مع تقدم الطيران، أصبحت الطائرات الوسيلة الرئيسية للحصول على الصور الجوية، (اُنظر صورة بنظام كهروبصري محمول جواً)، والتي أصبحت تغطي معظم أجزاء الكرة الأرضية، وقد أدى التحسن الذي أدخل على الطائرات، ونظم الكاميرات، والصور الضوئية، إلى التحسن الكبير في الصور الجوية. والتصوير الجوي التقليدي يستخدم فقط جزءاً ضيقاً 4000 ـ 7000 انجستروم[1] Angstrom من الطيف الكهرومغناطيسي.

وقد تطورت وسائل التسجيل المصورة المحمولة جواً بالتدريج في الستينيات، وأصبح لمصطلح الاستشعار عن بعد معنى أوسع من صورة جوية ضوئية Air Photography، والوسائل التي وجدت أكثر فائدة بكثير هي الصورة الصغيرة المقياس، التي نحصل عليها من الرادار المحمول جواً ذى الرؤية الجانبية Side Looking Airborne Radar (SLAR).

ثالثاً: جهاز الاستشعار الكندي المحمول جواً

في عام 1990م قدّمت شركة كندية خاصة متخصصة في الإلكترونيات والبصريات، ونظم التصوير وأجهزة الاستشعار عن بعد جهازها الأول في مجال الاستشعار عن بُعد، المحمول جواً، الذي يُعرف باسم "جهاز التصوير الإسبكترومتري المنضغط والمحمول جواً"، الذي يقوم بالتقاط الإنبعاثات الكهرومغناطيسية في المدى الطيفي من 430 إلى 870 نانومتر، والذى يطلق على بياناته لفظ Hyperspectral Data، أي "البيانات الملتقطة خلال عدد كبير من الأطوال الموجية".

وتختلف نوعية التصوير، وبالتالي عدد القنوات، والمدى الطيفي، لكل قناة. ويتكون المنظر الواحد من عدد من النقاط الأساسية، التي يتوقف عددها على نوعية التصوير. كما تختلف درجة التفريق، للنقطة الأساسية، تبعاً لمعدل المسح والسرعة وارتفاع الطيران.

رابعاً: استخدام المناطيد وسيلة حاملة لأجهزة الاستشعار عن بعد

كان أرشميدس، أول من اكتشف مبدأ الطفو، عام 240 قبل الميلاد، الذي يمكن المناطيد من الارتفاع في الغلاف الجوي، ولكن الأمر احتاج إلى 2000 سنة أخرى قبل أن توضع المناطيد قيد الاستخدام الفعلي، وذلك في أواخر القرن الثامن عشر الميلادي. أما استخدام المناطيد في الأبحاث العلمية فلم يبدأ إلا في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي، عندما وضعت تقنية جديدة موضع التطبيق لقياس درجات الحرارة والرطوبة النسبية في المحاولات الأولى لدراسة الغلاف الجوي.

وكانت المناطيد قد أنتجت، لأول مرة، لأغراض عسكرية، إبان الحرب الأهلية الأمريكية، لكي تستخدم منصات لمراقبة تحركات القوات المتحاربة. وفي أواخر الأربعينيات، وأوائل الخمسينيات من القرن العشرين، تضمن مشروع للبحرية الأمريكية استخدام البولي إثيلين لتطوير المناطيد الحديثة، التي يمكن أن ترتفع إلى علو يراوح بين 15 و50 كم في الغلاف الجوي، حاملة أثقالاً أكبر، ومحلقة لمدد أطول.

وقد ساعدت مهام المناطيد، التي يقودها أشخاص، برنامج الفضاء الأمريكي الخاص بالرحلات المأهولة، عن طريق إسهامها في اختبار الملابس، التي يرتديها رواد الفضاء، وتقويم ردود فعل الإنسان وهو في البيئة القريبة من الفضاء.

وقد استخدم علماء الفلك المناطيد لدراسة الأشعة فوق البنفسجية التي تنبعث من الشمس، فهم يطلقون هذه المناطيد - بعد تزويدها بالأجهزة اللازمة - إلى طبقات الجو العليا لتقابل الإشعاع في مساره، قبل أن يدخل الغلاف الجوي.

1. القمر المنطادى "ايكو - 1"

في الستينيات من القرن العشرين الميلادي، حمل صاروخ أطلقته "ناسا" أول قمر اتصالات منطادي تجريبي، أطلق عليه اسم "إيكو- 1"Echo- 1، وظل يدور حول الأرض نحو ثماني سنوات، على ارتفاع نحو 1600 كم. وبعد ذلك بخمسة وعشرين عاماً، صنع فريق دولي يقوده الاتحاد السوفييتي السابق، ويضم فرنسا والولايات المتحدة، منطادين، ونجح بإطلاقهما في سحب كوكب الزهرة على ارتفاع 54 كم عن سطح الكوكب.

2. منطاد رؤية المستعر الأعظم

وفي عام 1987م، استطاعت المستشعرات المحمولة على منطاد رؤية المستعر الأعظم "سوبر نوفا" Super Nova في غضون ثلاثة أشهر من اكتشافه، وهذا المستعر هو انفجار نجمي يحدث مرة كل 400 سنة، أو نحو ذلك. ومعنى ذلك أنه تحدث للنجم كارثة مروعة، إذ تنفجر كل مادته في الفضاء، فيتمزق إلى أجزاء صغيرة. ولهذا السبب، فإن العديد من الأجهزة، التي تركب على السفن الفضائية الحديثة، تبنى على أساس التقنيات، التي تم اختبارها قبل ذلك في مهام استخدمت فيها المناطيد.

3. أنواع المناطيد العلمية وفوائدها

هناك نوعان من المناطيد العلمية حالياً. النوع الأول يسمى مناطيد "الضغط الصفري" Zero Pressure، والآخر يسمى مناطيد "الضغط الفائق". ومعظم المناطيد التي تستخدمها وكالة "ناسا" هي من النوع الأول، الذي ينطلق من الأرض عندما يملأ بكمية كافية من غاز الهيليوم، تعادل وزنه الكلى، بما في ذلك وزنه الصافي[2] Payload.

ولكي يرتفع المنطاد، فلا بد من أن يوفر غاز الهيليوم له دفعاً أكبر من وزن المنطاد وحمله الصافي مجتمعين. وعندما يرتفع المنطاد تتناقص كثافة الجو حوله، ويتزايد حجم الغاز داخله، حتى يمتلئ بالكامل. وهكذا يصبح الضغط داخل المنطاد وخارجه واحداً، ولهذا السبب سُمي منطاد الضغط الصفري.

ولكن المنطاد يطير لأن وزنه أقل من وزن الهواء المزاح. وعندما يصل المنطاد إلى الارتفاع المطلوب، وهو ما بين 36 و40 كم، ويتم ذلك عادة في مدة تراوح بين ساعتين وثلاث ساعات، تعمل الفتحات الموجودة في قاعدة المنطاد على تنفيس الغازات الزائدة لإبقائه مستقراً في ارتفاعه، والحيلولة دون تمزق غلافه المصنوع من قماش البولي إثيلين الرقيق. ونظراً لأن المنطاد يطلق بعضاً من غازه في الجو، يقال عن تصميم المنطاد الصفري: إنه "مفتوح "على الجو.

4. أثر التقنيات المتقدمة على المناطيد

لأن المناطيد هي أقدم وسيلة اخترعها الإنسان للطيران، ومع أنها تحلق في السماء منذ أكثر من 200 سنة، ويستخدمها العلماء منذ أمد بعيد في مهام بحثية مختلفة، إلا أن فترة بقائها محلقة كانت تحد، على الدوام، من مدى الاستفادة منها. أما الآن، وبفضل التقنيات المتقدمة، والتصميمات المتطورة، فقد صار بالإمكان إنتاج مناطيد تحلق مسافات أبعد مدى، وتصل إلى ارتفاعات عالية جديدة.

طارت المناطيد، فإنها تقدم فوائد عظيمة للعلماء الذين يستخدمونها. وفي العديد من الحالات بإمكان المناطيد أن تقدم عائداً استثمارياً أعظم مما تقدمه السفن الفضائية. وهذا هو السبب الرئيسي، الذي يجعل العلماء يبذلون جهوداً حثيثة للارتقاء بأول وسيلة اخترعها الإنسان للطيران.

خامساً: أنظمة الاستشعار عن بعد الفضائية

أصبح الفضاء مجالاً لثورة علمية تكنولوجية، انعكست آثارها على الحياة المدنية والعسكرية على سطح الأرض، ووفرت للدول الكبرى، أو تلك التي قطعت شوطاً كبيراً في مجال استخدام الأقمار الصناعية، معلومات في كافة المجالات.

ففي وقت السلم، تقوم هذه الأقمار بمسح أقاليم الدول، ورسم الخرائط لها، واستكشاف مواردها الطبيعية، ورصد الأحوال الجوية، وأعمال الملاحة وتسجيلها.

وفي المجال العسكري، تستخدم الأقمار الصناعية في تقويم العمليات الهجومية، وتحديد الأهداف العسكرية وتمييزها، وتوفير المعلومات في أوقات الأزمات، والاستخبارات، وإجراءات التنصت، والاتصالات، والمراقبة، والاستطلاع، والملاحة، والأرصاد الجوية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الأقمار الصناعية تستخدم في عمليات التأكد من الالتزام بالمعاهدات المتعلقة بالحد من التسلح ونزع السلاح.

1. الصور الفضائية

تغطي الصورة الفضائية منطقة واسعة على سطح الأرض، (اُنظر صورة لجبل عمور في الجزائر)، وهذا ما يوفر إمكانية النظرة الشاملة، والمقارنة، وتعرّف نسب المعالم الأرضية. وتوفر الصورة الفضائية الواحدة معطيات هائلة عن سطح الأرض المدروس، وغطائه النباتي، وتشكله الجيولوجي، وغير ذلك، بما يصل، أحياناً، في حال صورة "لاندسات"، إلى ما يقارب ثمانية ملايين معلومة، وهذا ما يمكن من تقويم أفضل للمواضيع المطروحة للدرس.

ونظراً لتناوب مرور القمر الصناعي فوق المنطقة نفسها، كل أسبوعين تقريباً، أو كل 18 يوماً، فإن تكرار الصورة الفضائية للمناطق نفسها، خلال فترات زمانية قصيرة ومتساوية، تمكن من دراسة التغيرات، التي تحدثها عوامل الطبيعة أو يد الإنسان على سطح الأرض، ومتابعة تطورها، ثم التأثير على مجراها وتوجيهها في المنحنى الإيجابي المطلوب.

وتمكّن هذه الصور المتعددة أيضاً من اختيار أفضل الصور للمنطقة المدروسة وفي أفضل الظروف المناخية، فنحصل على أفضل النتائج، وتظهر أهمية ذلك في متابعة المشاريع الإنشائية الكبيرة، ودراسة تطور المحاصيل، أو الكوارث الطبيعية، وغيرها.

والسرعة التي نحصل بها على المعلومات والمعطيات قياسية؛ لأن القمر الصناعي يتم دورته حول الأرض خلال حوالي 105 دقائق، وبسرعة حوالي 29 ألف كم في الساعة.

والأقمار الصناعية تستقبل المعلومات عن الأغراض المطلوب دراستها، ثم ترسلها لحظة التقاطها إلى أجهزة أرضية، على صورة نبضات لاسلكية، ثم تترجم إلى معلومات، وصور حقيقية للاستفادة منها في تقدير الموقف واتخاذ القرار المناسب.

2. حساسية التصوير الفضائي

تبلغ حساسية التصوير بالأقمار الصناعية إلى درجة أنها تستطيع مراقبة الأجسام الدقيقة وتصويرها، والتي لا يزيد حجمها عن ثلاثة أقدام مكعبة، وذلك من ارتفاع يصل حتى 200 ميل.

ولأن المعطيات التي تغذى بها المحطات الأرضية رقمية كلها، فإن الحاسبات الآلية المتطورة تستخدم لقراءة هذه المعطيات، خصوصاً في ما يتعلق بتحليل الصور. وبفضل هذه الحاسبات أصبح من الممكن التمييز بين دبابة مصنوعة من البلاستيك للتمويه ودبابة حقيقية.

3. نقل الصور الفضائية

كانت الأجيال الأولى من الأقمار الصناعية مزودة بآلات تصوير، وعقب إجراء التصوير يتم إسقاط الأفلام داخل كبسولات على فترات محددة، وعند دخولها الغلاف الجوي، تفتح مظلة، عند ارتفاع معين، وتقل سرعة اندفاعها، كما تطلق صواريخ ارتداد لتقليل السرعة، ثم يتم التقاط الكبسولة، إما بواسطة طائرات، أو من المحيطات، (اُنظر شكل مراحل استعادة الكبسولة).

وتمثلت عيوب هذه الطريقة في البطء وضياع كثير من الوقت الثمين، فضلاً عن احتمال فقدان الكبسولة. وتلا ذلك تطوير الأقمار الصناعية، بتزويدها بآلة تصوير تليفزيوني، تقوم بالتقاط الصور، ثم ترسل إلى الأرض، بوسائل تليفزيونية أيضاً.

وكانت أنظمة الأقمار الصناعية تُعد من بين أشد البرامج التي تحاط بالسرية المطلقة في العالم. وقبل سنة 1986م، لم يسمع العالم عن بعض البرامج الأمريكية للأقمار الصناعية، ومنها "ريولايت" Rhyolite، و"شاليت" Chalet، و"ماجنوم" Magnum، و"كورونا" Corona، و"كيهول" Keyhole.

وبعد ذلك بعقد من الزمن، أصبحت الدول تقدر على شراء زمن بث بالأقمار الصناعية، أو شراء تغطية جغرافية محددة، من أصحاب الأنظمة، في فرنسا وروسيا.

وإدراكاً للإمكانات الواسعة لهذه التقنية، والتي ولدت، بطبيعة الحال، من التطبيقات العسكرية لنظم الاستطلاع، فقد بدأت الدول المهيمنة على أقمار الاستطلاع في تطوير التقنيات المصاحبة، وعلى الأخص تطوير أنواع من المستشعرات.

ويمكن تلخيص المزايا الفريدة للاستشعار عن بعد بالأقمار الصناعية فيما يلي:

أ. مسح مساحات واسعة، بسرعة، وبشكل اقتصادي.

ب. إمكانية إنشاء نظم للمراقبة والمتابعة الدورية.

ج. الكشف عن التغيرات البيئية البطيئة، والتدريجية، وكذلك الضخمة والمفاجئة.

د. تجاوز الحدود السياسية والعوائق الجغرافية، مما يتيح التعامل مع العالم بوصفه وحدة بيئية وجغرافية ممتدة.

هـ. عدم تأثر النظام بالتقلبات الجوية، نظراً لعدم اعتماده على محطات رصد مأهولة، والقدرة على اختراق الغلاف الجوي.

و. إمكانية تطبيق التقنية على المناطق المناخية غير المواتية، كالمنطقة القطبية والصحراء الكبرى.

ز. إمكانية تطبيق تقنيات الحاسبات مباشرة على المعلومات المستخرجة؛ ما يتيح تطوير الاستفادة من هذه المعلومات، وإمكان التعامل مع كميات هائلة من البيانات، حيث إن الأقمار الصناعية توفر بيانات رقمية، إضافة إلى الصور، التي تتيح إجراء التحليلات والدراسات الكمية.

ح. دورية المعلومات، التي تعني إمكان الحصول على النوع نفسه من المعلومات لمنطقة معينة، على فترات زمنية مختلفة، وهذا يمكن من إجراء الدراسات الديناميكية، التي تتصل بدراسة تطور ظاهرة أو خاصية ما. وتتوافر دورية المعلومات نتيجة الزيارات المتكررة للأقمار.

4. أقمار المصادر الأرضية ERS:[3]

أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية ESA قمرا أطلقت عليه اسم "قمر المصادر الأرضية" Earth Resource Satellite: ERS-1، (اُنظر صورة القمر الصناعي ERS-1) على متن الصاروخ "أريان-4" في 16يوليو 1991م في مدار على ارتفاع 777 كم، بدورة قدرها 35 يوما وثلث اليوم. وقد تكلف برنامج الأقمار ERS المخصصة لدراسة المحيطات 860 مليون دولار، واشترك في دراسة بياناتها وتحليلها عدة آلاف من علماء المحيطات والأقمار الصناعية من جميع أنحاء العالم. وقد أطلق قمر ثان من مجموعة ERS نفسها، هو ERS-2 في عام 1995م.

نتائج استخدام قمر المصادر الأرضية

حقق هذا القمر نتائج كبيرة في مجال رصد المحيطات، حيث أظهر أن للمحيطات تضاريس تشبه تضاريس اليابسة، وليس المقصود بهذه التضاريس قاع المحيط تحت الماء، ولكن المقصود هو تضاريس سطح الماء نفسه.

فقد ظهر أن المحيط ليس سطحاً منتظماً متساوي الارتفاع في كل مناطقه، باستثناء ارتفاعات الأمواج المحلية، بل إن هناك مناطق شاسعة في المحيط، يرتفع سطح الماء فيها على المستوى العام للمحيط بنحو 100 متر، وأخرى ينخفض السطح فيها بمثل هذه القيمة.

ويرجع السبب في هذا التباين الكبير في السطح، والذي لم يكن من الممكن اكتشافه سوى بالأقمار الصناعية، إلى الاختلاف في مجال الجاذبية والتضاريس الأرضية تحت الماء في مناطق مختلفة من المحيط.

بناءً على هذه القياسات، رسمت خريطة لسطح المحيط، تبين منها أن هناك جبالاً من الماء، في حجم القارات، يقع أحدها إلى الشمال الشرقي من أستراليا، ويصل ارتفاع سطح الماء فيه إلى خمسة وثمانين متراً فوق المستوى المتوسط للمحيط، وأخرى إلى الغرب منها بالقرب من الهند، ينخفض سطح الماء فيها عن المستوى القياسي لسطح المحيط بنحو 105 أمتار، وبذلك يبلغ التباين بين ارتفاعي سطح الماء في هاتين المنطقتين المتجاورتين نحو 190 مترا.

5. أقمار "لاندسات"

أ. الجيل الأول من أقمار"لاندسات-1"

بدأت وكالة الفضاء الأمريكية "ناسا" NASA بعد مهمة "أبوللو"، التي حملت أول إنسان إلى القمر، في 20 يوليه 1969م، في تخصيص أقمار لتطوير الاستشعار عن بعد، فأطلقت القمر "لاندسات-1" Landsat-1، في 23 يوليه 1972م إلى مدار قطبي، على ارتفاع 9900 كم؛ ليقوم بتغطية سطح الكرة الأرضية كل 18يوماً عن طريق الطيران في مسارات مائلة، بزاوية مقدارها تسع درجات على المحور العمودي على مستوى الأرض.

وبذا يمر القمر دائماً على الجزء أو الجانب المضيء من الأرض. ويمر القمر كل 103 دقائق بخط الاستواء، ويتساوى معدل ابتعاد القمر عن الأرض مع معدل حركة الأرض نحو الشمس، حتى يحافظ على ارتفاع ثابت للقمر الصناعي فوق الأرض.

(1) إطلاق القمر "لاندسات - 2"

بنجاح القمر "لاندسات-1" كانت هذه التقنية قد أثبتت جدواها، ودخل الاستشعار عن بعد عالم التطبيق، وفي 22 يناير 1975م أطلق القمر الصناعي "لاندسات- 2"، وهو يشبه القمر الأول في مواصفاته. ومع وجود هذين القمرين، أصبح من الممكن الحصول على بيانات لمساحة ما من الكرة الأرضية كل تسعة أيام.

(2) اطلاق القمر "لاندسات - 3"

نتيجة لعجز القمر الصناعي الأول عن أداء مهامه، فقد أطلقت الهيئة القمر الثالث في مارس 1978م، وهو الذي يمثل ختام الجيل الأول من الأقمار الصناعية الأمريكية، التي تعمل بنظام المسح متعدد الموجات Multispectral Scanning: MSS، وهو قياسات لإنبعاثات طيفية، ذات أطوال موجية متعددة.

ب. الجيل الثاني من أقمار "لاندسات"

وبعد ذلك اتجهت الولايات المتحدة الأمريكية إلى إطلاق الجيل الثاني من أقمار "لاندسات"، (اُنظر جدول خواص قنوات الجيل الثاني من "لاندسات" ومجالات استخدام كل منها)، حيث أطلقت "لاندسات -4"، و"لاندسات-5" في 16 من يوليه 1982م، وأول مارس 1984م على التوالي، وتميز هذا الجيل بارتفاع الدقة، ومن ثم، تعددت القياسات المأخوذة لمساحة ما من الأرض.

وتحتوى هذه الأقمار على نوعين من أجهزة الإحساس Sensors، الأول منها يعمل بنظام MSS، وهو يشبه في خصائصه العامة نظيره بالجيل الأول من "لاندسات"، أما جهاز الإحساس الآخر، فهو Thematic Mapper: TM ويرجع إليه الفضل في ارتفاع الدقة للجيل الثاني من "لاندسات"، (اُنظر صورة وادي الرحابي بالجزائر).

ويقع القمران "لاندسات-4، 5 " في مدار دائري شبه قطبي[4] على ارتفاع 705 كم، وهذا المدار يقع في دائرة عظمى، تمر بمستوى القطبين أو قريباً منهما، وتمسح هذه الأقمار الأرض في شرائط عرض كل منها 185 كم كل 99 دقيقة. وبذلك يتم كل من أقمار "لاندسات" خمس عشرة دورة حول الأرض كل 24 ساعة، ويتم مسح كوكب الأرض بالكامل كل ستة عشر يوماً. أي أن القمر يمسح شريطاً مختلفاً من الأرض في كل دورة، ثم يعود إلى البقعة نفسها بعد 16 يوماً.

ج. استخدام أقمار "لاندسات" للبحث التطبيقي

أوضحت الإدارة الأمريكية أن هذه الأقمار أداة للبحث القائم على أسلوب تطبيقي، يهدف إلى رفع كفاءة إدارة المصادر الأرضية واستخدامها. وقد أشارت الإدارة الأمريكية في برنامجها إلى أن مهمة هذه الأقمار تتلخص في الإمداد ببيانات طيفية، متعددة الموجات، ذات طبيعة تكرارية، وقوة إيضاح عالية، وترسل معلومات "لاندسات" إما مباشرة إلى محطات استقبال، أو يتم تسجيل هذه المعلومات على شرائط، عندما يكون القمر خارج منطقة الاستقبال للمحطات.

وقاد كل ذلك إلى وضع برنامج "لاندسات" Landsat . وقد أطلقت منه ثلاثة نماذج، متطابقة تقريباً، تحت إدارة مركز" جودار" للطيران الفضائي التابع لوكالة "ناسا". وكانت النتائج في مستوى أكثر التنبؤات تفاؤلاً.

(1) صور القمر "لاندسات"

أرسلت المجسات الماسحة المتعددة الأطياف التي تدور في مدارات قطبية على ارتفاع 950 كم، سيلاً من الصور، الشاملة والمتكررة، فكل صورة التقطت في مقطع عرضه 185 كم تغطي مساحة من سطح الأرض قدرها 33.800 كم مربع، وتحتاج الطائرة إلى التقاط ألف صورة لتغطية مساحة مماثلة من سطح الأرض. وبالتقاط 30000 صورة يستطيع "لاندسات " تسجيل صورة الأرض مرة كل 18 يوماً.

(2) الاستخدامات التطبيقية

هذه الرؤية العريضة اجتذبت الجيولوجيين، حتى أولئك الذين كانوا متشككين في بادئ الأمر. وراجع العديد منهم خرائط سلاسل الجبال، واكتشفوا مساحات من الصدوع الممتدة في "ألاسكا"، والتي يمكن ربطها بالرواسب المعدنية.

واندفعت شركات النفط والتعدين لشراء هذه الصور. ويشاع أن بعضاً من الاكتشافات النفطية الكبرى يرجع جزئياً إلى المعلومات التي وفرها "لاندسات ". وأثبت خبراء الاقتصاد الريفي أن بإمكانهم إجراء حصر سريع للمحاصيل الزراعية.

وتبين من التجارب الأولية أن صور "لاندسات" تستطع أن تميز بين 29 نوعاً مختلفاً من النباتات، وتستطيع أن تحدد الفروق في الحقول بين ما هو محروث قديماً أو حديثاً، والمحصود حديثا أو ما يزال يحمل المحصول. ويستفيد من معلومات "لاندسات " ما يزيد على مائة دولة، بعضها يستقبل هذه المعلومات مباشرة في محطاته الخاصة، والكل يستعمل هذه المعلومات في متابعة المحاصيل والغابات وموارد المياه.

6. أقمار NOAA

أطلقت "الإدارة القومية للمحيطات والجو "National Oceanic  and :NOAA Atmospheric Administration: بالولايات المتحدة الأمريكية مجموعة من الأقمار الصناعية التي تعرف باسم NOAA وذلك بغرض دراسة ـ أو ملاحظة ـ الظواهر الجوية والهيئة الحرارية لأسطح المحيطات، وأطلق الأول من هذه السلسلة في عام 1960م، ويبلغ متوسط ارتفاع طيران الجيل الأول من هذه الأقمار حوالي 1500 كم فوق سطح الكره الأرضية، أما الجيل الثاني من أقمار NOAA فقد تميز بانخفاض ارتفاع طيرانه إلى 834 كم. وفي عام 1978م انضم إلى هذا الجيل القمر TIROS-N.

7. أقمار "سبوت"

رأت فرنسا أن إدارة المصادر الطبيعية للبلاد، تتطلب وضع نظام لجمع المعلومات، يتمثل في القمر الذي يتيح الآتي:

أ. إجراء حصر مستمر للمصادر الطبيعية من هواء، وماء، وسطح التربة.

ب. ملاحظة هذه البيئات وتطور كل منها.

ج. التنبؤ بالتطور المنتظر حدوثه وتقديره في كل من هذه البيئات.

د. تسهيل أنشطة اقتصادية معينة، مثل إدارة نظم الري والصرف والاستغلال المعدني.

ولذلك فكرت فرنسا، في عام 1971م، في إنتاج قمر صناعي، يحقق هذه الأهداف، لذا أنشأت مجموعة تطوير الاستشعار عن بعد، الجوي والفضائي، وفي عام 1973م انضم إلى هذه المجموعة كل من مكتب البحوث الجيولوجية والمعدنية. وفي عام 1974م، ظهر مشروع أول قمر لملاحظة الأرض ودراستها، وأطلق عليه اسم "سبوت" Satellite Pour Observation de le Terre: SPOT.

وكانت المحاور الأساسية للمشروع هي:

أ. عمل نظام متعدد المهام، قادر على حمل الأجهزة، التي تساعد على دراسة كل من الأرض والمحيطات.

ب. تزويد هذا النظام بجهاز عالى الدقة، أو ذى إيضاح عال، وذلك في المجال المرئي والقريب من الأشعة تحت الحمراء.

أ. إطلاق أقمار "سبوت"

في عام 1977م وافقت الحكومة الفرنسية على المشروع، ولما لم تجد حماساً من شركائها في وكالة الفضاء الأوروبية ESA، قررت أن تنفذ المشروع بنفسها، متحملة القسط الأكبر من التكلفة والجهد، وبمساهمة صغيرة تبلغ 4%، من كل من السويد والنرويج. وتم بالفعل إطلاق القمر "سبوت-1" SPOT-1 في 22 فبراير 1986م من مدينة "تولوز"، وذلك على متن الصاروخ الأوربي "إيريان-4" إلى مدار قطبي دائري على ارتفاع 825 كم.

وقد اختير مدار القمر بحيث يمر فوق البقعة نفسها كل 26 يوماً، غير أن تغييراً ذكياً في تصميم الكاميرات، يجعل من الممكن لكاميرات القمر، عند مروره في شريط مجاور، أن تميل لتعيد تصوير الشريط السابق من الأرض. ويؤدي هذا التصميم، أيضاً، إلى إمكان إنتاج صور ثلاثية الأبعاد للتضاريس الأرضية، وهو ما يسهل رسم الخرائط الطبوغرافية.

ب. القمر الثاني من سلسلة "سبوت"

وفي 22 يناير 1992م أطلق ثاني قمر من سلسلة "سبوت"، في مدار قطبي مماثل للمدار الأول، غير أنه متعامد عليه، وبمعنى آخر، إذا تصورنا المدار الأول كأنه حلقة رأسية تحيط بالأرض وتمر بالقطبين، فسيبدو مستوى المدار كأنه يقسم الأرض إلى نصفين. ويبدو المدار الثاني كحلقة أخرى متعامدة، والمداران معاً يقسمان الأرض إلى أربعة أقسام. وأدى هذا الإطلاق الجديد إلى تقليل الفترة بين مسحين متعاقبين لأي نقطة على الأرض بأحد القمرين إلى 13 يوماً، بدلاً من 26 يوماً.

ج. مميزات أقمار "سبوت"

والأقمار الصناعية التي تتخذ مدارا منخفضا لها حول الكرة الأرضية، والتي تطير على ارتفاعات تراوح بين 500 و900كم في مدار قطبي، أو شبه قطبي، تُعد أفضل خيار لمهمة الاستشعار عن بعد. ويُعد القمر الفرنسي "سبوت - 2" SPOT-2، الذي يطير على ارتفاع 822 كم واحداً من هذه الأقمار، وله القدرة على تصوير قطاع بعرض 120 كم، ويوضح (جدول قنوات القمر "سبوت")، القنوات الترددية التي تعمل عليها أقمار "سبوت".

ويمسح القمر "سبوت" الأرض في صورة شرائط، عرض كل منها 108 كم. غير أن زاوية الرؤية للقمر ترصد شريطاً من الأرض عرضه 120 كم، وهذا الفرق يضمن أن يكون هناك تلاحم بين الشرائط المتتالية، وألا يضيع أي جزء دون مسح.

د. أجهزة التصوير في أقمار "سبوت"

وتتكون أجهزة التصوير في القمر "سبوت" من كاميرتين تلسكوبيتين، وتغطي كل واحدة منهما شريطاً عرضه 60 كم، ويمكن تحريك كل كاميرا بزاوية 27 درجة عن الرأسي، وبأخذ ارتفاع القمر في الحسبان، فإن هذا التحكم في ميل الكاميرات يجعل من الممكن التحكم في المسافة بين الشريطين، فيمكن فصلهما، بحيث تكون المسافة بينهما نحو 800 كم، أو تقريبهما بحيث يتلاصقان، فيكونان معاً شريطاً مزدوجاً عرضه 120 كم.

وتسمح هذه التقنية بالتركيز على تصوير المواقع المهمة على حساب المواقع غير المهمة، أو بإعادة تصوير بعض المواقع، عندما يمر القمر بمحاذاتها مرة أخرى، بإمالة الكاميرا نحوها.

هـ. الأجهزة المكملة لأقمار "سبوت"

إضافة إلى الكاميرات يحمل "سبوت" أجهزة "التليمتري" Telemetry لإرسال الإشارات من بعد، وأجهزة التحكم عن بعد لتوجيه القمر وإعادة ضبط مساره، ثم هناك البطاريات، التي تزوده بالقدرة، والتي تشحن بالطاقة الشمسية، حيث تلتقطها لوحات شمسية عريضة. وهناك أيضاً محركات الضبط، وهي خزانات للغاز ونفاثات للمحافظة على المدار، ولضبط اتجاه القمر في مداره.

ويمكن التقاط إشارات القمر مباشرة إذا كان في مجال "الرؤية" من محطة استقبال أرضية، أو تسجل الإشارات على شرائط، ثم ترسل مجمعة إلى محطة استقبال في مدينة "تولوز" بفرنسا وأخرى في السويد، عندما يكون القمر في مجال "رؤية" هذه المحطات.

و. دقة صور أقمار "سبوت"

يحكم دقة صور أقمار الاستشعار معامل "التفريق" Resolution، ويتوقف هذا المعامل على قوة عدسات القمر لتوضيح المعالم حسب أحجامها. وكانت أقمار "لاندسات" الأمريكية متوقفة عند معامل تفريق 30 متراً، ولم تكن أمريكا تسمح بأقل من ذلك، غير أن فرنسا لم تحترم هذا الحظر، وهبط قمر "سبوت" الفرنسي إلى معامل تفريق من 10 إلى 20 متراً، ومن المخطط أن تزيد هذه الدقة إلى 5 أمتار، وهي دقة عالية، وبذلك يمكن في هذه الصور تمييز معالم صغيرة، كالمباني والمنشآت.